特許第6159900号(P6159900)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】6159900
(24)【登録日】2017年6月16日
(45)【発行日】2017年7月5日
(54)【発明の名称】平面シート状界面センサー
(51)【国際特許分類】
   G01F 23/22 20060101AFI20170626BHJP
【FI】
   G01F23/22 A
【請求項の数】5
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2017-38702(P2017-38702)
(22)【出願日】2017年3月1日
【審査請求日】2017年3月15日
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】597135862
【氏名又は名称】東亜電器株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100075410
【弁理士】
【氏名又は名称】藤沢 則昭
(74)【代理人】
【識別番号】100135541
【弁理士】
【氏名又は名称】藤沢 昭太郎
(72)【発明者】
【氏名】田中 恵美子
(72)【発明者】
【氏名】永澤 伸之
(72)【発明者】
【氏名】谷藤 勝巳
(72)【発明者】
【氏名】森内 貴広
【審査官】 鈴木 斉子
(56)【参考文献】
【文献】 特開平11−083593(JP,A)
【文献】 特開平08−006413(JP,A)
【文献】 特開2003−347011(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2013/0192352(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01F 23/22
G01K 7/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
シート状の基板表面に、熱電対の第1の接点部と第2の接点部を、相互に離して形成し、かつ、前記第1の接点部と接続されている第1の電極と、前記第2の接点部と接続されている第2の電極を設け、
前記基板裏面に、前記第2の接点部を加熱するヒータを設けた平型シート状界面センサーにおいて、
前記第1の電極及び前記第2の電極は、コンスタンタンで形成されていることを特徴とする、平型シート状界面センサー。
【請求項2】
前記第1の電極は、前記第1の接点部リードを介して接続され、
前記第2の電極は、前記第2の接点部と前記リードを介して接続され、
全ての又は一部の前記リードは、コンスタンタンで形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の平型シート状界面センサー。
【請求項3】
前記第1の接点部、前記第2の接点部、前記第1の電極、及び前記第2の電極を、前記基板表面に夫々薄膜状に形成し、
前記ヒータを、前記基板裏面に薄膜状に設けたことを特徴とする、請求項に記載の平型シート状界面センサー。
【請求項4】
前記第1の接点部、前記第2の接点部、前記リード、前記第1の電極、及び前記第2の電極を、前記基板表面に夫々薄膜状に形成し、
前記ヒータを、前記基板裏面に薄膜状に設けたことを特徴とする、請求項に記載の平型シート状界面センサー。
【請求項5】
前記基板表面に、前記ヒータと接続するヒータ用電極を形成し、
前記ヒータ用電極には、前記基板の裏まで貫通するスルーホールが設けられ、
前記ヒータ用電極は、前記スルーホールを通じて、前記ヒータと接続されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の平型シート状界面センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、流動体中に埋没してその浸漬状況を検知する平型シート状界面センサーに関するものである。
【背景技術】
【0002】
コンクリートの打込状況を把握する場合等、流動体の浸漬状況を検知する方法の一つとして界面センサーを用いる。この界面センサーは、従来、熱電対によって構成され、温度に基づいて流動体の到達を検知することができ、この界面センサーを鉄筋等の充填施工部に配設することにより、施工部分の細部まで流動体の浸漬状況を検知することができる。特に、コンクリートの打ち込み部の天端を閉じる成形上枠や埋設部材の埋設部の下面部等、充填が困難な充填施工部の端部は、その充填不足を回避して施工品質を確保するために、界面センサーを配設して浸漬状況を把握する必要がある。
【0003】
特許文献1では、熱電対によって構成された従来の界面センサーの構成が示されている。図8は、従来の界面センサーの平面図である。界面センサー1は、シート状の絶縁基板をなす絶縁シート2上に熱電対の接点部材3、4を交互に接続して薄膜状に形成して構成する。これらの接点部材3、4は、端部の接点部材3とこれに接続する接点部材4とによって第1の接点部5を形成し、この接点部材4と次に接続する接点部材3との間に第2の接点部6を形成し、これらの隣接する接点部5、6によって一組の示差熱電対回路を形成し、これを構成単位として多段に直列接続する熱電対を形成する。
【0004】
上記第1の接点部5…と第2の接点部6…は互いに離れた位置に形成するとともに、第1の接点部5相互については同一の温度になる様に近接し、また、第2の接点部6相互についても同一の温度になる様に近接して形成し、かつ、第2の接点部6を加熱するヒータ7を絶縁シート2の下面側に薄膜状に形成する。
【0005】
また、ゼーベック効果により生じた熱起電力の出力を受けるため、接点部材3、4の端部からリード線8、9、50を導出している。また、ヒータ7に電力を供給するため、ヒータ7からリード線7a、7aを導出している。
【0006】
そして、接点部材3、4とリード線8、9、50は、電極54を介して接続され、ヒータ7とリード線7aも電極54を介して接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特許第3073944号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献1の構成では、電極54が絶縁シート2上にパターンとして銅箔で形成されるため、ヒータ7の熱が、第2の接点部6のみならず、電極54又は電極54を介してリード線8、9、50に拡散してしまう。
【0009】
また、電極54は、図9に示すように、絶縁シート2上に銅箔で形成された銅パターン上に導電性ペーストを焼結した構成であるため、電極54は長期保管時における耐腐食性(酸化)が懸念される。
【0010】
また、電極54は、銅パターン上に導電性ペーストを焼結した構成であるため、接着性が弱い。また、リード線8、9、50やリード線7aを電極54にハンダ付けする際、ハンダごてにより、過度の焼結を生じさせてしまう。その結果、銅パターンと導電性ペースト間、あるいは導電性ペーストとリード線8、9、50又はリード線7a間で剥離が生じ、センサーの断線を引き起こしてしまう。
【0011】
更に、電極54は、銅パターン上に導電性ペーストを積層するためには、導電性ペーストを銅パターン上に塗布した上で、焼結させる必要があるが、その場合には、位置合わせの工程が夫々必要となる。また、導電性ペーストを塗布する際には、所定の位置に塗布するための型枠となるマスクが必要となるが、マスクを使って塗布すると、電極54の近傍でマスクと絶縁シート2の間から微量な導電性ペーストが漏れ出し、隣り合う電極54間でショート(=短絡)してしまう可能性も生じる。
【0012】
また、導電性ペーストは、一般的に樹脂溶液を含有しているため、電極54におけるハンダの濡れ性を悪化させる。そのため、リード線8、9、50又はリード線7aを電極54にハンダ付けする際に、製作工数を増加させてしまう。
【0013】
そこで、この発明は、上述の課題を解決した上で、流動体の浸漬状況を的確に検知することができる平型シート状界面センサーを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
請求項1の発明は、
シート状の基板表面に、熱電対の第1の接点部と第2の接点部を、相互に離して形成し、かつ、前記第1の接点部と接続されている第1の電極と、前記第2の接点部と接続されている第2の電極を設け、
前記基板裏面に、前記第2の接点部を加熱するヒータを設けた平型シート状界面センサーにおいて、
前記第1の電極及び前記第2の電極は、コンスタンタンで形成されている、平型シート状界面センサーとした。
【0015】
また、請求項2の発明は、
前記第1の電極は、前記第1の接点部リードを介して接続され、
前記第2の電極は、前記第2の接点部と前記リードを介して接続され、
全ての又は一部の前記リードは、コンスタンタンで形成されている、請求項1に記載の平型シート状界面センサーとした。
【0016】
また、請求項3の発明は、
前記第1の接点部、前記第2の接点部、前記第1の電極、及び前記第2の電極を、前記基板表面に夫々薄膜状に形成し、
前記ヒータを、前記基板裏面に薄膜状に設けた、請求項に記載の平型シート状界面センサーとした。
また、請求項4の発明は、
前記第1の接点部、前記第2の接点部、前記リード、前記第1の電極、及び前記第2の電極を、前記基板表面に夫々薄膜状に形成し、
前記ヒータを、前記基板裏面に薄膜状に設けた、請求項2に記載の平型シート状界面センサーとした。
【0017】
また、請求項の発明は、
前記基板表面に、前記ヒータと接続するヒータ用電極を形成し、
前記ヒータ用電極には、前記基板の裏まで貫通するスルーホールが設けられ、
前記ヒータ用電極は、前記スルーホールを通じて、前記ヒータと接続されている、請求項1〜のいずれかに記載の平型シート状界面センサーとした。
【発明の効果】
【0018】
請求項1〜の発明によれば、熱電対の第1の接点部に接続されている第1の電極と第2の接点部に接続されている第2の電極が、コンスタンタンで形成されているため、熱伝導率が低くなり、従来のセンサーと比較して、電極からの熱拡散を抑制できる。そのため、ヒータの熱を効率よく第2の接点部に伝達することができ、センサーの感度が向上する。また、電極がコンスタンタンで形成されているため、耐腐食性が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】この発明の実施の形態例の平面図である。
図2】この発明の実施の形態例の底面図である。
図3】この発明の実施の形態例の長手方向の断面図である。
図4】この発明の実施の形態例の平面図の一部を拡大した図である。
図5】この発明の実施の形態例の電極の概念構成図である。
図6】(a)と(b)はともに、この発明の実施の形態例の使用状態を示す図である。
図7】この発明の他の実施の形態例の平面図である。
図8】この発明の従来例の構成を示す平面図である。
図9】この発明の従来例の電極の概念構成図である。
図10】この発明の従来例の構成を示す平面図の一部を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
<平型シート状界面センサー1の構造>
以下、この発明の実施の形態例を図に基づいて説明する。図1はこの発明の平型シート状界面センサー1の平面図である。なお、平型シート状界面センサー1は、基板10上に熱電対の接点部材12、13を交互に接続して薄膜状に形成して構成する。基板10には、シート状の絶縁基板を用いることが望ましい。シート状の絶縁基板を用いることによって、平型シート状界面センサー1は、フィルム状となり可撓性を有する為、平面のみならず、曲面等の様々な形状に対応して設置することが可能となる。例えば、平型シート状界面センサー1をより強固に対象に固定する必要がある場合には、平型シート状界面センサー1を鉄板等に貼り付け、鉄板等と組み合わせた状態で、対象に固定することもできる。
【0021】
次に、平型シート状界面センサー1の構成について、以下詳しく説明する。これらの接点部材12、13は、端部の接点部材12が、第1の接点部14を介して接点部材13に接続され、この接点部材13が、第2の接点部15を介して次の接点部材12と接続され、これらの第1の接点部14、第2の接点部15によって一組の示差熱電対回路を形成し、これを構成単位として多段に直列接続する熱電対を形成する。なお、図1では、第1の接点部14及び第2の接点部15は、各接点部が付番されているわけではなく、基板10上の全ての第1の接点部14と、全ての第2の接点部15を点線で囲って示している。
【0022】
第1の接点部14と第2の接点部15は互いに離れた位置に形成するとともに、第1の接点部14相互については同一の温度になる様に近接し、また、第2の接点部15相互についても同一の温度になる様に近接して形成する。
【0023】
そして、図1に示されている基板10の一側縁(図1の上側)に最も近い接点部材12に係る第2の接点部15からリード(=リード線、導線)23が導出され、薄膜状の電極17と接続されている。また、図1に示されている基板10の他側縁(図1の下側)に最も近い接点部材12に係る第2の接点部15からリード24が導出され、薄膜状の電極18と接続されている。更に、図1に示されている基板10の他側縁(図1の下側)に最も近い接点部材13からリード25が導出され、薄膜状の電極19と接続されている。
【0024】
また、図2に示すように、第2の接点部15を加熱するヒータ26を基板10の裏面側に薄膜状に設ける。なお、ヒータ26は、基板10の裏面側から基板10上の全ての第2の接点部15について温度差を生じさせることなく、均一に加熱可能な位置に設けられることが望ましい。また、ヒータ26は、金属線36によって構成され、金属線36に電力を供給すると発熱する、いわゆる電気ヒータを用いる。ヒータ26の金属線36の両端からは、夫々リード37が導出されている。
【0025】
また、図1に示すように、電極17に隣接する、基板10の一側縁(図1の上側)の位置に、薄膜状の電極16が形成され、電極19に隣接する、基板10の他側縁(図1の下側)の位置に、薄膜状の電極20が形成されている。電極16の適宜の箇所と、電極20の適宜の箇所には、電極16又は電極20、基板10、リード37を貫通するスルーホール(通り孔)22が夫々設けられている(図3参照)。そして、このスルーホール22には、引き出し線(図示省略)等が通され、基板10の表面側に設けられている電極16又は電極20と、基板10の裏面側に設けられているリード37が電気的に接続されている。
【0026】
また、電極16の適宜の箇所と、電極20の適宜の箇所に夫々設けられるスルーホール22は、図4に示すように電極16又は電極20の一端側(図4の左側)の、絶縁フィルム11(後述)によって被覆される箇所に設けられる。
【0027】
なお、上述した電極16〜20は、ケーブル等がハンダ付けされ、外部機器との接続を可能にする役割を果たす。
【0028】
また、接点部材12及び13、第1の接点部14、第2の接点部15、及びリード23〜25は、銅箔のあるいはコンスタンタン箔のパターンとして、基板10の表面側に、接着層(図5を参照)を介して、例えばエッチング工法若しくは印刷工法によって薄膜状に形成される。
【0029】
例えば、本実施の形態例では、接点部材12はコンスタンタン箔で形成され、接点部材13は銅箔で形成される。そして、リード23は銅箔で形成され、リード24はコンスタンタン箔で形成され、リード25は銅箔で形成される。
【0030】
また、ヒータ26、及びリード37は、ニクロム等の金属箔のパターンとして、基板10の裏面側に、接着層(図5を参照)を介して、例えばエッチング工法若しくは印刷工法によって薄膜状に形成される。
【0031】
なお、上述したように、本実施の形態例では、接点部材12及び13、第1の接点部14、第2の接点部15、及びリード23〜25は、銅箔のあるいはコンスタンタン箔のパターンとして、例えばエッチング工法若しくは印刷工法によって薄膜状に形成される構成を示したが、同等の機能が得られれば、これらの部材の材料やこれらの部材を形成させる工法は、これに限定されるわけではない。
【0032】
また、図5に示すように、電極16〜20は、コンスタンタン箔で、基板10の表面側に、接着層を介して、例えばエッチング工法若しくは印刷工法によって薄膜状に形成される。
【0033】
なお、上述したように、本実施の形態例では、電極16〜20は、コンスタンタン箔で、例えばエッチング工法若しくは印刷工法によって薄膜状に形成される構成を示したが、同等の機能が得られれば、これらの部材を形成させる工法は、これに限定されるわけではない。
【0034】
また、図3に示すように、基板10の表面側の接点部材12及び13、第1の接点部14、第2の接点部15、リード23〜25、及びリード23〜25側の電極16〜20の一部は、絶縁フィルム11によって被覆され、基板10の裏面側のヒータ26、及びリード37は、絶縁フィルム27によって被覆されている。そして、絶縁フィルム11及び絶縁フィルム27は貼り合わされている。そのため、平型シート状界面センサー1は、完全防水構造となっている。
【0035】
<平型シート状界面センサー1の動作>
平型シート状界面センサー1に検出対象が接していない状態、あるいは平型シート状界面センサー1に何も接していない状態で、直流電源等から、電極16及び電極20を介して所定の電力を供給して、基板10の裏面側に設けられているヒータ26を発熱させる。ヒータ26を発熱させると、基板10の表面側に設けられている全ての第2の接点部15が加熱される。一方、基板10の表面側に設けられている全ての第1の接点部14は、ヒータ26を発熱させても、加熱されない。
【0036】
その結果、第1の接点部14と第2の接点部15間で温度差が生じ、ゼーベック効果によって、その温度差に応じた熱起電力が電極17と電極19間で発生する。
【0037】
一方、平型シート状界面センサー1に検出対象が接している状態で、ヒータ26を発熱させると、ヒータ26から出力された熱は、検出対象を通じて拡散する。そのため、第1の接点部14と第2の接点部15間で生じる温度差は、平型シート状界面センサー1に検出対象が接していない状態や平型シート状界面センサー1に何も接していない状態と比較して減少する。温度差の減少に伴い、発生する起電力も減少する。そのため、発生する起電力の減少の有無を確認することで、平型シート状界面センサー1に検出対象が接しているか否かを確認することができる。
【0038】
なお、図1に示されているように、基板10の他側縁(図1の下側)に最も近い接点部材12の一端と、基板10の他側縁(図1の下側)に最も近い接点部材13の一端は、第1の接点部14を構成する中の1つの接点部21を介して接続されている。そして、この接点部材12は第2の接点部15及びリード24を介して電極18と接続され、この接点部材13はリード25を介して電極19と接続されている。そのため、電極18と電極19間で発生する起電力を計測することで、接点部21の温度を測定することもできる。
【0039】
<平型シート状界面センサー1の使用状態>
平型シート状界面センサー1は、例えば、橋梁工事におけるPCケーブル工法のグラウト充填確認に使用される。図6(a)及び(b)に示すように、平型シート状界面センサー1は、シース管38に開口部を設け、当該開口部にセンサー検知面(図3で示す表側)がシース管38の内側を向くように設置される。シース管38は、管内を空洞に保ったまま、コンクリートを打設する。その後、シース管38内に流動状のグラウトを注入する。なお、グラウトとは、土木工事において、基礎や岩盤の割れ目や隙間等に、支持力増大・漏水防止等のために注入する、セメントペースト・モルタル・薬液等を指し、流動状で注入し、時間の経過と共に硬化する。コンクリートが打設された後のシース管38の内部における目視が不可能な箇所に、平型シート状界面センサー1を設けることによって、流動状のグラウトがシース管38内に充填されたか否かを確認することができる。
【0040】
なお、本実施の形態例では、シース管38等に開口部を設け、当該開口部にセンサー検知面がシース管38の内側を向くように、平型シート状界面センサー1を設置する構成を示したが、この構成に限定されるものではない。例えば、絶縁フィルム27によって被覆されている、基板10の裏面側に、熱伝導率が低い粘着剤と剥離紙による取り付け部(図示省略)を設け、当該取り付け部を通じて、平型シート状界面センサー1をシース管38の内側面に貼りつける構成としても良い。
【0041】
<平型シート状界面センサー1の効果>
本実施の形態例に係る平型シート状界面センサー1は、上述したように電極16〜20を、コンスタンタン箔で形成した。そのため、熱伝導率が低くなり、従来のセンサーと比較して、電極からの熱拡散を抑制できる。そのため、ヒータ26の熱を効率よく第2の接点部15に伝達することができ、センサーの感度が大幅に向上する。
【0042】
また、コンスタンタンは、耐腐食性が非常に優れている。上述したように、本実施の形態例に係る平型シート状界面センサー1は、電極16〜20を、基板10上に接着層を介して、コンスタンタン箔で形成させる構成であるため、従来のセンサーの電極と比較して、耐腐食性が大幅に向上する。
【0043】
また、上述したように、本実施の形態例に係る平型シート状界面センサー1は、電極16〜20を、基板10上に接着層を介して、コンスタンタン箔で形成させる構成であるため、銅パターン上に導電性ペーストを焼結して形成する、従来のセンサーの電極に比較して、過度の焼結の発生を防止すると同時に、接着層による接着力が加わるため、電極の剥離強度が向上し、電極の剥離によるセンサーの動作不良の発生を防止する。更に、本実施の形態例に係る平型シート状界面センサー1の接点部材12又は接点部材13のいずれか、及びリード23〜25のうち全ての又は一部のリードがコンスタンタン箔で形成されている構成の場合に、電極16〜20についても、コンスタンタン箔で形成させることで、センサーの構造の単純化・製造工程の削減が図れ、低コストでの製造が可能となる。
【0044】
また、上述したように、電極16〜20を、コンスタンタン箔で形成させる構成とすることにより、外部機器と接続するため、電極16〜20に、ケーブル等をハンダ付けする際に、ハンダの濡れ性を飛躍的に向上させ、銅パターン上に導電性ペーストを焼結して形成する、従来のセンサーの電極の場合と比較して、製作工数が半分以下となる。
【0045】
また、上述したように、電極16〜20を、コンスタンタン箔で形成させる構成とすることにより、導電性ペーストが不要となるため、導電性ペーストの塗布及び焼結の際に夫々必要な位置合わせの工程が不要となり、低コストでの製造が可能となる。また、導電性ペーストを塗布する際には、型枠となるマスクを用いる必要があり、その際に、マスクと基板の間から微量な導電性ペーストが漏れ出し、隣り合う電極間でショート(=短絡)してしまう可能性も生じていたが、電極16〜20を、エッチング工法によりコンスタンタン箔で形成させる構成とした場合、エッチング精度を考慮すると、隣り合う電極間でショート(=短絡)してしまう可能性は皆無となる。
【0046】
また、本実施の形態例に係る平型シート状界面センサー1では、電極16と、電極20に夫々設けられるスルーホール22は、上述したように、電極16又は電極20の一端側(図4の左側)の絶縁フィルム11によって被覆される箇所に設けられる。従来のセンサーでは、図10に示すように、スルーホール22は絶縁フィルム11によって被覆されない、電極16又は電極20の中心の位置に設けられていた。そのため、電極16、20にケーブル等をハンダ付けする際に、ハンダ付けの面積が減少し、十分な接着強度を確保できない。また、スルーホール22にハンダごてが当たると、熱によってスルーホール22が破壊される危険性があった。そこで、本実施の形態例に係る平型シート状界面センサー1のように、スルーホール22を、電極16又は電極20の一端側の絶縁フィルム11によって被覆される箇所に設ける構成とすることによって、電極16及び電極20に、ケーブル等をハンダ付けする場所を確保し、スルーホール22がハンダ付けによる熱の影響を受けないようにした。その結果、電極16及び電極20に、ケーブル等をハンダ付けした際に、容易に十分な接着強度を確保することができる。
【0047】
<変形例>
上述した本実施の形態例では、接点部21の温度を測定することができるように、図1に示されている基板10の他側縁(図1の下側)に最も近い接点部材12に係る第2の接点部15からリード24が導出され、電極18と接続されている。しかし、この構成に限定されるものではなく、例えば、図7に示すように、リード24及び電極18を設けない構成としても良い。
【0048】
例えば、この変形例では、接点部材12はコンスタンタン箔で形成され、接点部材13は銅箔で形成される。そして、リード23及びリード25はコンスタンタン箔で形成される。
【符号の説明】
【0049】
1:平型シート状界面センサー、
10:基板、11:絶縁フィルム、12:接点部材、13:接点部材、14:第1の接点部、15:第2の接点部、16:電極、17:電極、18:電極、19:電極、20:電極、21:接点部、22:スルーホール、23:リード、24:リード、25:リード、26:ヒータ、27:絶縁フィルム、
36:金属線、37:リード、38:シース管
【要約】
【課題】流動体の浸漬状況を的確に検知することができる平型シート状界面センサーを提供する。
【解決手段】シート状の基板10の表面に、熱電対の第1の接点部14と第2の接点部15を、相互に離して形成し、かつ、第1の接点部14又は第2の接点部15と接続されている電極17〜19と、第2の接点部15を加熱するヒータと接続されている電極16及び20を設け、基板10の裏面に、ヒータを設けた平型シート状界面センサーにおいて、電極16〜20は、コンスタンタンで形成されている構成とした。
【選択図】図1
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図10